חוקרים ישראלים השיגו פריצת דרך בהגברת היעילות של תאים סולאריים

חוקרים באוניברסיטת בן-גוריון בנגב ובטכניון סבורים כי מלכודת אור חדשנית מאפשרת הגדלה של 30% בהפקת אנרגיה מתאים סולאריים דקים במיוחד. השיטה פותחה עבור תאים המבוססים על המטיט (סוג של תחמוצת ברזל) המיועדים להפקת מימן ממים, אבל מתאימה גם לסוגי תאים אחרים. השיטה משתמשת רק באמצעים אופטיים פשוטים, עובדה המוסיפה לקיימות וכדאיותה הכלכלית.

המחקר בוצע כחלק משיתוף פעולה בין פרופ’ אבנר רוטשילד מהמחלקה לחומרים בטכניון וד”ר אבי ניב מהמחלקה לאנרגיה סולרית ופיזיקה סביבתית ע”ש אלכסנדר ירסין במכונים לחקר המדבר ע”ש יעקב בלאושטיין.
הממצאים פורסמו לאחרונה בעיתון Journal of Materials Chemistry A

“מציאת דרך לניצול של אופטיקת קרניים עבור תאים דקים באופן קיצוני, כפי שנעשה כאן, יכולה להיות נקודת משמעותית עבור תאים סולאריים עתידיים “, אומר ד”ר ניב. אחת הדרכים בהם ניתן להגדיל את היעילות הכלכלית של תאים סולאריים היא על ידי שימוש בשכבות בולעות אור דקות יותר, שהם החלק בתא ההופך את אור לחשמל. האתגר הוא לדקק את השכבה הבולעת אבל לשמור על ערך משמעותי של סך כל הבליעה של התא. לצורך זה קיימות שיטות ללכידת אור. לכידת האור בתוך התא גורמת לדרך אופטית ארוכה יותר שגורמת גם לבליעה גדולה יותר. במשך יותר מארבע עשורים, שיפור בשיטות הלכידה התקדם בד בבד עם תאים יותר דקים שהיו לכן זולים יותר ויעילים יותר אנרגטית.

הדור הבא של התאים הסולאריים נדרש להפיק יותר אנרגיה בפחות עלות. אחת הדרכים לקיים דרישות אלו היא על ידי בחינה של שכבות אקטיביות שעוביין לא עולה על אורך הגל של אור השמש עצמו, מה שלא מאפשר שימוש בלכידה המבוססת קרניים. לכן פותחו בשנים האחרונות שיטות לכידת אור המבוססות על האופי הגלי של האור. למרות ההתפתחות הגדולה שנעשתה בנושא, שיטות אלו עדיין לא מתחרות בשיטות המבוססות קרניים מבחינה יישומית. לכן, החוקרים חזרו לאופטיקת הקרניים והצליחו לפתח שיטה המשלבת כליאה מבוססת קרן עם בליעה גלית של האור. הדבר הושג על ידי יצירה של הפרדה מבנית בין אתרי הכליאה והבליעה בתוך התא. האור נלכד תחילה בשכבה עבה ללא הפסדים שאחר כך מזינה את הבליעה בשכבה הפעילה שעובייה קטן מאורך הגל. בדרך זו החוקרים הדגימו הגברה של יותר מ 30% בהספק של התא. החוקרים גם צופים שהגברה של 40% ויותר יכולים להתקבל בפועל בשיטה זו.